WO2026013271A1 - Dispositif et procédé de nettoyage d'un support par conversion d'une onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore - Google Patents

Dispositif et procédé de nettoyage d'un support par conversion d'une onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore

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WO2026013271A1
WO2026013271A1 PCT/EP2025/069926 EP2025069926W WO2026013271A1 WO 2026013271 A1 WO2026013271 A1 WO 2026013271A1 EP 2025069926 W EP2025069926 W EP 2025069926W WO 2026013271 A1 WO2026013271 A1 WO 2026013271A1
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support
face
transducer
ultrasonic
conversion
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PCT/EP2025/069926
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Michaël BAUDOIN
Olivier BOU MATAR
Nikolaos CHRISTOPOULOS
Roudy AL SAHELY
Alexis Vlandas
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite de Lille
Vision Trading LLC
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite de Lille
Vision Trading LLC
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B08B7/026—Using sound waves
    • B08B7/028—Using ultrasounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning a support by generating an ultrasonic surface wave propagating through the support to the impurities resting on said support in order to remove them.
  • the present invention also relates to a method using this device to clean the support and a use of this device to detect the presence of impurities on said support.
  • the accumulation of impurities on the surface of photovoltaic panels can lead to efficiency losses of up to 30%, or even 40%.
  • the accumulation of impurities on the surface of an optical device, such as a sensor, lidar, or camera renders that optical device inoperative.
  • the accumulation of impurities on the surface of a vehicle window, such as a windshield or cockpit window significantly reduces the driver's visibility.
  • French patent applications FR3100999A1, FR3100998A1, FR3101000A1, and FR3121370A1 each describe a device using transducers to clean a surface with an ultrasonic surface wave propagating through that surface.
  • these devices are not very robust and are exposed to the elements, making them unsuitable for many applications.
  • these devices are difficult to integrate into systems that include a surface to be cleaned.
  • these devices are not suitable for cleaning all types of dirt on large surfaces.
  • French patent applications FR3117384A1 and FR3117385A1 each describe a device using transducers to clean a surface with an ultrasonic surface wave propagating through that surface. These devices have the advantage of not being exposed to external environments. However, they are not very robust and have a limited lifespan. Furthermore, these devices are only suitable for small surfaces and cannot clean large areas. In addition, integrating these devices into a system with a surface to be cleaned is difficult because they require a significant portion of the surface area.
  • the purpose of the invention is to meet, at least in part, this need (or needs).
  • the invention relates to an electroacoustic device comprising: - a support, - at least one transducer comprising a piezoelectric substrate and electrodes in electrical contact on either side of the piezoelectric substrate, the transducer being fixed to one face of the support and acoustically coupled to the support, - an electrical generator connected to the transducer electrodes to apply an electrical signal to the transducer electrodes in order to generate an ultrasonic volume wave propagating through the medium, - at least one conversion structure arranged on the surface of the support, on the side of a second face of the support opposite the first face, the conversion structure being opposite the transducer and being configured to convert the ultrasonic volume wave into an ultrasonic surface wave propagating in the second face of the support in order to move and/or generate a phase change of the liquid and/or solid impurities resting on said second face.
  • the electroacoustic device has the advantage of allowing the transducer to be positioned on the side of the support that is not exposed to the external environment.
  • the transducer is thus protected by the support, and its degradation is therefore greatly limited.
  • the transducer can be placed in a protected environment that does not cause wear, for example, an environment free of elements that could strike the transducer, such as insects, dust particles, mud, sand, or liquids. The same applies to the electrical generator and its connections to the transducer.
  • the transducer of the electroacoustic device according to the present invention does not require interdigitated electrodes but is simply a transducer comprising a piezoelectric substrate sandwiched between two electrodes.
  • Such a transducer has the advantage of being more robust, simpler to manufacture, less expensive, and easier to integrate into a system.
  • an ultrasonic volume wave that is subsequently converted into an ultrasonic surface wave makes it possible to obtain an ultrasonic surface wave suitable for cleaning large areas.
  • the electroacoustic device according to the present invention has a long lifespan, is easily integrated, requires no maintenance, and can clean all kinds of impurities on a wide variety of surface sizes.
  • the electroacoustic device is suitable for cleaning both piezoelectric and non-piezoelectric media.
  • Liquid and/or solid impurities may include, but are not limited to, droplets, liquid films, ice, frost, snow, mud, or solid particles such as dust, grains of sand, or soil.
  • the device can be configured so that the ultrasonic surface wave has a displacement amplitude, in a direction normal to the support, greater than where K denotes a constant of the order of , and ⁇ s denotes the angular frequency of the ultrasonic surface wave, , with The frequency of the ultrasonic surface wave.
  • This amplitude can be measured, for example, using a laser Doppler vibrometer. The amplitude can be adjusted according to the type of impurity to be cleaned, its quantity, and the surface of the substrate, for example, its material, roughness, and/or electrical charge.
  • the conversion structure is configured to convert at least 30% of the ultrasonic volume wave power into an ultrasonic surface wave.
  • the frequency of the ultrasonic volume wave and/or frequency of the ultrasonic surface wave is/are between 1 MHz and 1 GHz, preferably between 5 and 100 MHz, preferably between 8 and 45 MHz.
  • the device is configured so that the frequency of the ultrasonic volume wave is equal to the frequency of the ultrasonic surface wave.
  • the wavelength ⁇ vs of the ultrasonic body wave in the medium is equal to , if the ultrasonic volume wave is longitudinal, or equal to , if the ultrasonic volume wave is transverse, with denoting the speed of longitudinal sound waves in the medium, being the speed of transverse sound waves in the medium and being the frequency of the ultrasonic volume wave.
  • the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave is equal to with denoting the speed of surface sound waves, also known as Rayleigh waves, in the medium and being the frequency of the ultrasonic surface wave.
  • the conversion structure comprises a network of conversion patterns on the surface of the support, the conversion patterns each having a general elongated shape and being spaced from each other transversely to their longitudinal axis in a substantially periodic manner.
  • the distance between the longitudinal median plane of said conversion pattern and the longitudinal median plane of each adjacent conversion pattern is between 0.9p and 1.10p , or even between 0.95p and 1.05p .
  • the distance between the longitudinal median plane of said conversion pattern and the longitudinal median plane of each adjacent conversion pattern is equal to the period p .
  • the period p of the conversion patterns can be between 0.8 n ⁇ s and 1.2 n ⁇ s , or even between 0.95 n ⁇ s and 1.05 n ⁇ s , where n is a positive integer and ⁇ s is the wavelength of the ultrasonic surface wave, preferably n being equal to 1, and preferably the period p of the conversion patterns being substantially equal to a multiple of the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave.
  • this increases the conversion rate of the ultrasonic body wave to the ultrasonic surface wave through resonance.
  • conversion patterns are rectilinear or curvilinear, for example in the form of a circular arc.
  • the gap between two adjacent conversion patterns is constant over their entire length.
  • the conversion structure includes between 2 and 1000 conversion patterns, or even between 4 and 200 patterns, or even between 10 and 50.
  • the conversion patterns may include grooves made in the second face of the support.
  • the ratio of groove depth to the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave is between 0.001 and 0.3, or even between 0.05 and 0.1. This increases the efficiency of the electroacoustic device by limiting the trapping of the ultrasonic surface wave in the conversion structure while exhibiting a high conversion rate of the ultrasonic volume wave into the ultrasonic surface wave.
  • the grooves are filled with a filling material having an acoustic impedance such that the ratio of the absolute difference between the acoustic impedance of the filling material and the acoustic impedance of the support to the acoustic impedance of the support is greater than 0.05, or even greater than 0.10, or even greater than 0.20.
  • the filling material is a polymeric resin.
  • the grooves can have a profile, observed according to a cross-section of the support, having a rectangular, sinusoidal or triangular shape.
  • the conversion patterns may include closed tubular cavities formed in the support.
  • the tubular cavities are located at a distance less than ⁇ s from the second face of the support, where ⁇ s is the wavelength of the ultrasonic surface wave. This increases the efficiency of the electroacoustic device by increasing the conversion rate of the ultrasonic body wave to the ultrasonic surface wave and by promoting resonance phenomena.
  • the ratio of the diameter of the tubular cavities to the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave is between 0.001 and 0.3, or even between 0.05 and 0.1. This increases the efficiency of the electroacoustic device by limiting the attenuation of the ultrasonic surface wave while exhibiting a high conversion rate of the ultrasonic volume wave into the ultrasonic surface wave.
  • Tubular cavities can be filled with a filling material having an acoustic impedance such that the ratio of the absolute difference between the acoustic impedance of the filling material and the acoustic impedance of the support to the acoustic impedance of the support is greater than 0.05, or even greater than 0.10, or even greater than 0.20.
  • the filling material is a polymeric resin.
  • Tubular cavities may have a cross-section, observed from a transverse section of the support, having a polygonal shape, notably rectangular or rhomboid, ellipsoidal or circular.
  • the conversion patterns may include ribs protruding from the second face of the substrate.
  • the ribs may be formed from the same material as the substrate, for example, be monolithic with the substrate, or may be formed by a deposition of material onto the substrate.
  • the ribs can be transparent in the visible range, for example in glass, polycarbonate, quartz or sapphire, and/or transparent in the infrared range, for example in germanium, silica or metal.
  • the ratio of the rib thickness to the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave is between 0.001 and 0.3, or even between 0.05 and 0.1. This increases the efficiency of the electroacoustic device by limiting the attenuation of the ultrasonic surface wave while exhibiting a high conversion rate of the ultrasonic volume wave to the ultrasonic surface wave.
  • the thickness of the ribs corresponds to the distance, measured along an axis orthogonal to the second face, between the second face and the point of the rib furthest from the second face.
  • the ribs can have a profile, observed according to a cross-section of the support, having a rectangular, sinusoidal or triangular shape.
  • the thickness of the piezoelectric substrate is between 0.45 m ⁇ vp and 0.55 m ⁇ vp , where m is a positive integer and ⁇ vp is the ratio of the speed of sound in the piezoelectric substrate to the frequency of the ultrasonic body wave in the piezoelectric substrate.
  • the speed of sound in the piezoelectric substrate is the propagation speed of longitudinal or transverse sound waves , depending on the thickness of the piezoelectric substrate. This increases the efficiency of the electroacoustic device by promoting the resonance of the ultrasonic body wave.
  • the transducer can be bonded to the substrate.
  • the ratio of the thickness of the adhesive layer between the transducer and the substrate to the wavelength ⁇ vs of the ultrasonic body wave is less than 0.1, or even less than 0.01.
  • a thin adhesive layer increases the transmission of the ultrasonic body wave into the substrate.
  • the glue is elastic and/or has a melting point above 100°.
  • the transducer can be deposited on the support by a thin film deposition method, preferably by chemical vapor deposition, more preferably by plasma-assisted chemical vapor deposition.
  • the piezoelectric substrate is a lead zirconate titanate (PZT), for example PZT-5H or PZT-5A, a niobate, for example lithium niobate, zinc oxide or aluminium nitride.
  • PZT lead zirconate titanate
  • a niobate for example lithium niobate, zinc oxide or aluminium nitride.
  • the thickness of the support is between 0.45 p ⁇ vs and 0.55 p ⁇ vs , where p is a positive integer and ⁇ vs is the wavelength of the ultrasonic body wave propagating through the support. This increases the efficiency of the electroacoustic device by promoting the resonance of the ultrasonic body wave.
  • the support is transparent in the visible range, for example glass, polycarbonate, quartz or sapphire, and/or transparent in the infrared range, for example germanium, silica or metal.
  • the support can vary greatly in size.
  • the support can have a length and/or width ranging from 1 mm to 100 m.
  • the device includes a reflection structure extending at least partially, preferably entirely, along one side of the conversion structure, the reflection structure being configured to reflect the ultrasonic surface wave.
  • the reflective structure includes at least one groove cut into the second face of the support.
  • the ratio of the groove depth to the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave is between 0.3 and 3.
  • the groove width is greater than 500 nm.
  • the groove is filled with a filling material having an acoustic impedance such that the ratio of the absolute difference between the acoustic impedance of the filling material and the acoustic impedance of the support to the acoustic impedance of the support is greater than 0.05, or even greater than 0.10, or even greater than 0.20.
  • the filling material is a polymeric resin.
  • the device includes a temperature sensor configured to measure the temperature of the substrate and/or the transducer, and a control unit configured to control the frequency of the electrical signal applied by the power generator according to the measured temperature.
  • a control unit configured to control the frequency of the electrical signal applied by the power generator according to the measured temperature.
  • this allows the frequency of the electrical signal to be adapted to the expansion phenomena of the substrate and/or the transducer and to the changes in the speed of sound induced by temperature variations.
  • the frequency of the electrical signal can thus be chosen to promote the resonance phenomena of the ultrasonic body wave and/or the ultrasonic surface wave.
  • the support can be inclined relative to the horizontal.
  • gravity also acts as an external force to move impurities so as to remove them from the second side of the support.
  • the device may include at least two transducers and at least two conversion structures, each opposite one of the corresponding transducers.
  • One transducer is located near a first lateral edge of the support, and the other transducer is located near a second lateral edge of the support, in particular opposite the first lateral edge.
  • the support is inclined relative to the horizontal, and the first lateral edge is arranged higher than the second lateral edge.
  • the device may include at least one first transducer with a first conversion structure opposite the first transducer, and at least one second transducer with a second conversion structure opposite the second transducer, the first transducer being configured to emit a detection signal in the form of an ultrasonic volume wave propagating through the support to the first conversion structure which converts the detection signal into an ultrasonic surface wave propagating through the second face to the second conversion structure which converts the detection signal into an ultrasonic volume wave propagating through the support to the second transducer, the device including a detection unit for measuring the detection signal received by the second transducer and determining, from this measurement, the presence of liquid and/or solid impurities resting on the second face of the support.
  • the device may include a plurality of transducers and a plurality of conversion structures, each opposite one of the corresponding transducers, the transducers being arranged so as to form at least one row of transducers.
  • the device includes a heat sink arranged on the side of the first face of the support and being in thermal contact with the transducer and/or with the support.
  • the device includes an acoustically insulating layer covering the face of the transducer opposite the support, the acoustically insulating layer having a thickness greater than 100 nm, or even 500 nm.
  • Acoustically insulating means an acoustic impedance ratio of the insulating layer to the acoustic impedance of the piezoelectric substrate of less than 0.001 or even 0.0001.
  • the acoustically insulating layer can be a gas, a porous structure, or an aerogel.
  • the medium is chosen from the group formed by: - a protective glass cover for a photovoltaic panel, - an automotive surface, for example chosen from a vehicle's windshield, a rearview mirror glass, a bodywork element - a helmet visor, - a window in a building, - a surface of an optical device, for example selected from a camera, a camera lens, a lidar, a periscope, a lens of a spectacle or viewfinder, a sensor, in particular a probe, and a medical imaging device, for example an endoscope, - a protective element for such an optical device, - a surface of an aeronautical vehicle, for example an airplane wing, a Pitot tube, a cockpit window, an aircraft canopy.
  • an optical device for example selected from a camera, a camera lens, a lidar, a periscope, a lens of a spectacle or viewfinder, a sensor, in particular a probe
  • a medical imaging device for example an endoscope, -
  • the present invention also relates to a photovoltaic panel comprising an electroacoustic device according to the present invention, the support forming the protective glass of the photovoltaic panel, the second face of the support being an external face of the photovoltaic panel.
  • the photovoltaic panel includes a layer of resin arranged between the protective glass and the photovoltaic cells of the photovoltaic panel.
  • the transducer(s) of the electroacoustic device are located more than 100 nm, or even more than 500 nm, away from the resin layer.
  • the invention also relates to a method, implementing the device according to the present invention or the photovoltaic panel according to the present invention, for cleaning the second side of the support, the method comprising the following successive steps: a) generation by the transducer of an ultrasonic volume wave propagating through the medium to the second face of the medium, b) conversion by the ultrasonic volume wave conversion structure into an ultrasonic surface wave propagating in the second face, c) displacement and/or phase change induced by the ultrasonic surface wave of liquid and/or solid impurities resting on the second face
  • the support is inclined relative to the horizontal.
  • the support comprises a first lateral edge and a second lateral edge, the first lateral edge being arranged higher than the second lateral edge, the device comprising at least two transducers and at least two conversion structures each opposite one of the corresponding transducers, one of the transducers being disposed near the first lateral edge of the support and being used to move and/or change the phase of the liquid impurities, another of the transducers being disposed near the second lateral edge of the support and being used to move and/or change the phase of the solid impurities.
  • the invention also relates to the use of the device according to the present invention for detecting liquid and/or solid impurities resting on the second surface, the device comprising at least a first transducer with a first conversion structure opposite the first transducer, and at least a second transducer with a second conversion structure opposite the second transducer, the use comprising the following successive steps: a) generation by the first transducer of a detection signal in the form of an ultrasonic volume wave propagating through the medium to the second face of the medium, b) conversion by the first conversion structure of the shape of the detection signal into an ultrasonic surface wave propagating in the second face, c) conversion by the second conversion structure of the shape of the detection signal into an ultrasonic volume wave propagating in the medium, d) reception of the detection signal by the second transducer, e) determination of the presence of liquid and/or solid impurities resting on the second face of the support and/or the presence of tactile contact on the second face of the support and/or the presence of a surface defect on the
  • liquid and/or solid impurities When liquid and/or solid impurities are present on the second surface of the substrate, they disrupt the detection signal. The presence of these impurities can then be determined by analyzing the resulting disruptions to the detection signal.
  • the presence of tactile contact on the second side of the substrate or a surface defect on the second side of the substrate disrupts the detection signal. It is therefore possible to determine this by analyzing the disturbances in the detection signal.
  • the surface defect can be an impact, a crack, or a fissure.
  • the use subsequently includes the process according to the present invention, when liquid and/or solid impurities are detected.
  • an electroacoustic device according to the present invention, the conversion patterns of said device being grooves engraved in the support;
  • an electroacoustic device according to the present invention, the conversion patterns of the device being grooves engraved in the support and filled with a filling material;
  • an electroacoustic device according to the present invention, the conversion motifs of said device being closed tubular cavities formed in the support;
  • an electroacoustic device according to the present invention, the conversion motifs of said device being ribs protruding from the second face of the support;
  • an electroacoustic device comprising a reflection structure
  • Figures 7A and 7B are photographs illustrating the cleaning of a support covered with droplets by an electroacoustic device according to the present invention.
  • Figures 8A and 8B are photographs illustrating the cleaning of a support covered with a film of water resulting from a fog by an electroacoustic device according to the present invention
  • Figures 9A and 9B are photographs illustrating the cleaning of a support covered with grains of sand by an electroacoustic device according to the present invention.
  • the device 1 comprises a support 2 having a first face 3 and a second face 4 opposite the first face 3.
  • the support 2 is capable of propagating an ultrasonic body wave and an ultrasonic surface wave.
  • Device 1 also includes a transducer 5 fixed to the first face 3.
  • the transducer 5 comprises a piezoelectric substrate 6 and electrodes 7 sandwiching the piezoelectric substrate 6 and being in electrical contact with it.
  • One of the electrodes 7 is arranged between the first face 3 and the piezoelectric substrate 6.
  • the other of the electrodes 7 is arranged on the piezoelectric substrate 6 on the side opposite the support 2.
  • the device 1 includes an adhesive layer 8 for bonding the transducer 5 directly to the first face 3.
  • the adhesive layer 8 is in contact on one side with the support 2 and on the other side with one of the electrodes 7.
  • the transducer 5 can be fixed to the first face 3 by a thin-film deposition method, comprising a step of depositing one of the electrodes 7 onto the support 2, followed by a step of depositing the piezoelectric substrate 6 onto said electrode 7, and then a step of depositing the other electrode 7 onto the piezoelectric substrate 6.
  • the deposition of the electrodes 7 and/or the piezoelectric substrate 6 can be carried out by plasma-assisted chemical vapor deposition.
  • Device 1 also includes a conversion structure 9 arranged on the second face 4 of the support 2 opposite the transducer 5.
  • the conversion structure 9 is etched into the substrate 2, for example by laser etching, in particular by femtosecond laser, or by chemical etching, in particular by HF vapor etching.
  • the conversion structure 9 comprises a periodic array of grooves 10 formed in the second face 4 of the substrate 2, the grooves 10 forming conversion patterns of said periodic array.
  • the grooves 10 are parallel to each other and are periodically spaced from each other.
  • the grooves 10 can be straight or curved.
  • An electrical generator 11 is connected to the electrodes 7 of the transducer 5.
  • the electrical generator 11 is configured to apply an electrical signal to the electrodes 7 so that the transducer 5 generates an ultrasonic volume wave S v which propagates in the support 2.
  • the alternating electrical energizing of the electrodes 7 induces a mechanical response of the piezoelectric substrate 6, which results in the generation of the ultrasonic volume wave S v .
  • the ultrasonic body wave Sv propagates in the support 2 until it reaches the conversion structure 9.
  • the conversion structure 9 then converts the ultrasonic body wave Sv into an ultrasonic surface wave Ss propagating in the second face 4 of the support 2.
  • the ultrasonic surface wave Ss is notably a Rayleigh wave.
  • the ultrasonic surface wave S s is transmitted to said impurities P and induces a displacement and/or a phase change of said impurities P.
  • the power of the ultrasonic surface wave S ⁇ sub> s ⁇ /sub> can be adjusted by modifying the electrical signal applied by the electric generator 11 to the electrodes 7, specifically by changing the amplitude and/or frequency of the electrical signal. It is thus possible to adapt the power of the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> according to the impurities P to be cleaned.
  • the displacement of impurities P can occur along one or more axes contained within the second face 4.
  • the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> can induce the displacement of impurities P along the propagation direction of said ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> in the absence of an external force.
  • the direction of displacement of the impurities P can vary depending on their nature. Specifically, solid impurities P can move towards the conversion structure 9, and liquid impurities P can move away from the conversion structure 9.
  • said impurities P can move in a direction equal to the sum of the force vectors acting on said impurities P, including the acoustic force induced by the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> .
  • external force is meant any force other than the acoustic force induced by the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> .
  • the weight of each impurity P or an aerodynamic force induced by the flow of a fluid over each impurity P are examples of external force.
  • the displacement of a liquid impurity P can result, in particular, from nonlinear acoustic streaming and/or radiation pressure effects induced by the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> .
  • the displacement of a solid impurity P can result, in particular, from nonlinear Hertz contact acoustic effects induced by the ultrasonic surface wave S ⁇ sub> s ⁇ /sub> .
  • the ultrasonic surface wave S ⁇ sub> s ⁇ /sub> can induce a phase change in the impurities P. Specifically, some of the energy of the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> is transferred to the impurities P, causing them to heat up.
  • the energy transferred by the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> can be such that it heats the impurities P above their melting or boiling point, thus inducing the melting of solid impurities P and/or the vaporization of liquid impurities P.
  • the electroacoustic device 1 also includes a thermal sensor 12 connected to the support 2 to measure its temperature.
  • the thermal sensor 12 is connected to a control unit 13 which controls the properties of the electrical signal applied by the electrical generator 11 to the electrodes 7.
  • the control unit 13 can, in particular, adapt the frequency of the electrical signal according to the temperature measured by the thermal sensor 12 so as to take into account the expansion phenomena that affect the overall resonance of the electroacoustic device 1.
  • the electroacoustic device 1 includes a heat sink 14 arranged in thermal contact with the transducer 5.
  • the heat sink 14 helps to limit the heating of the transducer 5.
  • the electroacoustic device 1 of the differs from that of the in that the grooves 10 are filled with a filling material 15 having an acoustic impedance such that the ratio of the absolute difference between the acoustic impedance of the filling material 15 and the acoustic impedance of the support 2 to the acoustic impedance of the support 2 is at least greater than 0.05.
  • filling the grooves 10 with the filling material 15 prevents impurities from becoming lodged in the grooves 10, thus improving their removal from the second face 4.
  • the absorption coefficient of the filling material 15 is such that it absorbs little or no ultrasonic surface wave S s .
  • the grooves 10 are completely filled with the filling material 15.
  • the conversion structure 9 thus presents a smooth surface with the support 2.
  • the electroacoustic device 1 of the differs from that of the in that the conversion patterns of the conversion structure 9 are no longer grooves 10 but closed tubular cavities 16 formed in the support 2.
  • the tubular cavities 16 can be filled with the filling material 15.
  • the tubular cavities 16 are parallel to each other and are periodically spaced from each other.
  • the tubular cavities 16 can be straight or curved.
  • the electroacoustic device 1 of the differs from that of the in that the conversion patterns of the conversion structure 9 are no longer grooves 10 but ribs 17 projecting from the second face 4 of the support 2.
  • the ribs 17 are parallel to each other and are periodically spaced from each other.
  • the ribs 17 can be straight or curved.
  • the electroacoustic device 1 of the differs from that of the in that it also includes a reflection structure 18 extending along the conversion structure 9.
  • the reflection structure 18 includes a groove 19 formed in the second face 4 of the support 2.
  • the groove 19 can extend parallel to the conversion patterns of the conversion structure 9.
  • the groove 19 has a width greater than the acoustic displacement of the ultrasonic surface wave S s .
  • the groove 19 can be filled with the filler material 15 to prevent impurities from getting lodged in the groove 19.
  • the reflecting structure 18 prevents the ultrasonic surface wave S ⁇ sub> s ⁇ /sub> from propagating in both directions. Specifically, the reflecting structure 18 acts like a mirror and reflects the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> so that it propagates along the second face 4 of the support 2 in only one direction. Thus, the reflecting structure 18 concentrates all the power of the ultrasonic surface wave S ⁇ sub>s ⁇ /sub> in a single direction.
  • the conversion structure 9 is configured to convert the ultrasonic volume wave S v into a unidirectional ultrasonic surface wave S s .
  • a photovoltaic panel 20 comprising an electroacoustic device 1 according to the present invention.
  • the support 2 of the electroacoustic device 1 forms the protective glass of the photovoltaic panel 20.
  • the electroacoustic device 1 comprises a first row 21 of transducers 5 arranged on the first face 3 near a first lateral edge 22 of the support 2, and a second row 23 of transducers 5 arranged on the first face 3 near a second lateral edge 24 of the support 2, opposite the first lateral edge 22.
  • the electroacoustic device 1 also comprises conversion structures 9 arranged on the second face 4 of the support opposite each of the transducers 5. The electroacoustic device 1 allows the protective glass 2 to be cleaned as explained previously.
  • the photovoltaic panel 20 also includes photovoltaic cells 25 and a resin layer 26 arranged between the protective glass 2 and the photovoltaic cells 25.
  • the photovoltaic panel 20 has a gap 27 between the transducers 5 of the electroacoustic device 1 and the resin layer 26. This gap 27 prevents the transducers 5 from transmitting heat to the resin layer 26. This gap 27 also forms an acoustically insulating layer covering the transducers 5, which prevents an ultrasonic wave from being transmitted to the resin layer 26.
  • the electroacoustic device 1, the resin layer 26 and the photovoltaic cells 25 are held together by a support structure 28.
  • the support structure 28 also ensures that the transducers 5, the resin layer 26 and the photovoltaic cells 25 are not exposed to the external environment.
  • the conversion structure comprised grooves 10 with a rectangular profile, a period p equal to the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave Ss , here equal to 158 ⁇ m, a width equal to half the wavelength ⁇ s of the ultrasonic surface wave Ss , i.e., 79 ⁇ m, and a depth equal to 22 ⁇ m.
  • Two transducers 5 were bonded to the first face 3 of the support 2 opposite the grooves 10.
  • the piezoelectric substrates 6 of the transducers 5 were made of PZT-5H.
  • the frequency of the ultrasonic surface wave Ss was between 9 MHz and 11 MHz.
  • the inventors implemented the electroacoustic device 1 in processes according to the present invention, to clean various kinds of impurities resting on the second face 4 of the support 2.
  • Figures 7A and 7B illustrate the cleaning performed by the process according to the present invention for droplets P of salt water.
  • the salt water droplets P which move away from the conversion structures 9 and end up being evacuated from the support 2.
  • the cleaning of the droplets P did not leave any trace of salt on the second face 4 of the support 2.
  • FIGS 8A and 8B illustrate the cleaning performed by the process according to the present invention for a water film P resulting from a mist.
  • Figures 9A and 9B illustrate the cleaning performed by the process according to the present invention for sand grains P. As can be seen in the , we observe the movement of sand grains P which approach the conversion structures 9.

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Abstract

Dispositif et procédé de nettoyage d'un support par conversion d'une onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore L'invention concerne un dispositif électroacoustique (1) comportant : - un support (2), - au moins un transducteur (5) comportant un substrat piézoélectrique (6) et des électrodes (7) en contact électrique avec le substrat piézoélectrique, le transducteur étant fixé sur une première face (3) du support, - un générateur électrique (11) relié aux électrodes pour y appliquer un signal électrique et générer une onde de volume ultrasonore (Sv) se propageant dans le support, - au moins une structure de conversion (9) arrangée en surface du support, du côté d'une deuxième face (4) du support opposée à la première face, la structure conversion étant en vis-à-vis du transducteur d'onde ultrasonore et étant configurée pour convertir l'onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore (Ss) se propageant dans la deuxième face du support afin de déplacer et/ou engendrer un changement de phase des impuretés (P) reposant sur ladite deuxième face.

Description

Dispositif et procédé de nettoyage d’un support par conversion d’une onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore
La présente invention concerne un dispositif pour nettoyer un support en générant une onde de surface ultrasonore se propageant dans le support jusqu’aux impuretés reposant sur ledit support afin de les évacuer.
La présente invention concerne également un procédé mettant en œuvre ce dispositif pour nettoyer le support et une utilisation de ce dispositif pour détecter la présence d’impuretés sur ledit support.
Dans des domaines variés, il est nécessaire de s’affranchir des effets liés à l’accumulation d’impuretés sur une surface, par exemple l’accumulation de gouttelettes, de films liquides, de glace, de givre, de neige, de boue ou de particules solides, comme de la poussière, des grains de sable ou de la terre. Il est notamment préférable voir nécessaire de nettoyer une surface pour évacuer les impuretés présentes sur celle-ci. C’est le cas par exemple pour les surfaces des panneaux photovoltaïques, des dispositifs optiques et des vitres de véhicules terrestres ou aéronautique.
En particulier, l’accumulation des impuretés à la surface des panneaux photovoltaïques peut induire des pertes de rendement allant jusqu’à 30 %, voire 40 %. L’accumulation des impuretés à la surface d’un dispositif optique, comme un capteur, un lidar ou une caméra, rend ce dispositif optique inopérant. De même, l’accumulation des impuretés à la surface d’une vitre d’un véhicule, comme un pare-brise ou la vitre d’un cockpit, diminue fortement la visibilité du conducteur.
Pour évacuer des impuretés liquides accumulées sur une surface, il est bien connu d’appliquer un effort mécanique sur lesdites impuretés, par exemple au moyen d’un essuie-glace. Toutefois, un essuie-glace limite la visibilité à travers la surface. Il étale en outre les particules grasses déposées sur la surface. De plus, il est nécessaire de renouveler les garnitures de l’essuie-glace régulièrement.
Par ailleurs, pour certaines surfaces, par exemple les surfaces des capteurs optiques, tel qu’un lidar, ou des sondes, telle qu’une sonde Pitot, un effort mécanique ne peut pas être appliqué pour nettoyer lesdites surface, par manque d’espace disponible pour disposer des moyens mécaniques adaptés qui pourraient de plus endommager la surface.
Dans le cas des panneaux photovoltaïques, il est connu d’utiliser des robots munis de brosses qui se déplacent sur la faxe externe de la vitre de protection des panneaux photovoltaïques. Cependant, ces robots sont chers, nécessitent une maintenance régulière et ont une faible durée de vie, très inférieure à la durée de garantie des panneaux photovoltaïques. De plus, l’utilisation de brosses pour nettoyer les panneaux photovoltaïques peut endommager, sur le long terme, la vitre de protection de ces panneaux photovoltaïques et en particulier le revêtement antireflet de ladite vitre de protection.
Les demandes de brevet FR3100999A1, FR3100998A1, FR3101000A1 et FR3121370A1 décrivent chacune un dispositif mettant en œuvre des transducteurs pour nettoyer une surface à l’aide d’une onde de surface ultrasonore se propageant dans ladite surface. Cependant, ces dispositifs sont peu robustes et sont exposés aux milieux extérieurs ce qui les rend inaptes à un grand nombre d’applications. En outre, ces dispositifs sont difficilement intégrables dans les systèmes comprenant une surface à nettoyer. De plus, ces dispositifs ne sont pas adaptés pour nettoyer toutes sortes d’impuretés sur de grandes surfaces.
Les demandes de brevet FR3117384A1 et FR3117385A1 décrivent chacune un dispositif mettant en œuvre des transducteurs pour nettoyer une surface à l’aide d’une onde de surface ultrasonore se propageant dans ladite surface. Ces dispositifs ont pour avantage de n’être pas exposés aux milieux extérieurs. Cependant, ces dispositifs restent peu robustes et présentent une durée de vie limitée. De plus, ces dispositifs ne sont adaptés que pour des petites surfaces et ne peuvent pas nettoyer une grande surface. En outre, l’intégration de ces dispositifs dans un système comprenant une surface à nettoyer est difficile car ces dispositifs nécessitent d’occuper une partie importante de la surface.
Il existe donc un besoin pour un dispositif de nettoyage robuste, facilement intégrable et permettant d’évacuer toutes sortes d’impuretés hors d’une surface de grande taille comme de petite taille.
Le but de l’invention est de répondre, au moins en partie, à ce(s) besoin(s).
Pour ce faire, l’invention concerne un dispositif électroacoustique comportant :
- un support,
- au moins un transducteur comportant un substrat piézoélectrique et des électrodes en contact électrique de part et d’autre du substrat piézoélectrique, le transducteur étant fixé sur une première face du support en étant couplé acoustiquement avec le support,
- un générateur électrique relié aux électrodes du transducteur pour appliquer un signal électrique aux électrodes du transducteur de sorte à générer une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support,
- au moins une structure de conversion arrangée en surface du support, du côté d’une deuxième face du support opposée à la première face, la structure conversion étant en vis-à-vis du transducteur et étant configurée pour convertir l’onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore se propageant dans la deuxième face du support afin de déplacer et/ou engendrer un changement de phase des impuretés liquides et/ou solides reposant sur ladite deuxième face.
Le dispositif électroacoustique selon la présente invention a pour avantage de pouvoir agencer le transducteur du côté du support qui n’est pas exposé à un milieu extérieur. Le transducteur est alors protégé par le support, sa dégradation est ainsi grandement limitée. Le transducteur peut être agencé dans un milieu protégé qui ne provoque pas son usure, par exemple un milieu qui ne présente pas d’éléments pouvant percuter le transducteur, comme des insectes, des particules de poussière, de la boue, du sable, des liquides. Il en est de même pour le générateur électrique et ses connexions avec le transducteur.
Contrairement aux demandes de brevet FR3117384A1 et FR3117385A1, le transducteur du dispositif électroacoustique selon la présente invention ne nécessite pas des électrodes interdigitées mais est simplement un transducteur comprenant un substrat piézoélectrique pris en sandwich par deux électrodes. Un tel transducteur a pour avantage d’être plus robuste, plus simple de fabrication, moins cher et plus facile à intégrer dans un système.
En outre, le fait de générer une onde de volume ultrasonore qui est convertie par la suite en une onde de surface ultrasonore permet d’obtenir une onde de surface ultrasonore adaptée pour nettoyer de grandes surfaces. Notamment, il est possible d’obtenir une onde de surface ultrasonore ayant une puissance supérieure à la puissance des ondes de surface ultrasonores pouvant être obtenues avec les dispositifs décrits dans les demandes de brevet FR3117384A1 et FR3117385A1.
Ainsi, les avantages de la présente invention sont nombreux. Le dispositif électroacoustique selon la présente invention présente une longue durée de vie, est facilement intégrable, ne nécessite pas de maintenance, et, peut nettoyer toutes sortes d’impuretés sur des tailles de surface très variées. Le dispositif électroacoustique est adapté pour nettoyer des supports piézoélectriques comme non-piézoélectriques.
Les impuretés liquides et/ou solides peuvent être, sans être limitatif, des gouttelettes, des films liquides, de la glace, du givre, de la neige, de la boue ou des particules solides, comme de la poussière, des grains de sable ou de la terre.
Le dispositif peut être configuré pour que l’onde de surface ultrasonore présente une amplitude de déplacement, selon une direction normale au support, supérieure à où K désigne une constante de l’ordre de , et ω s désigne la pulsation de l’onde de surface ultrasonore, , avec la fréquence de l’onde de surface ultrasonore. Cette amplitude peut être mesurée par exemple à l’aide d’un vibromètre laser à effet Doppler. L’amplitude peut être adaptée en fonction du type d’impureté à nettoyer, de leur quantité, et de la surface du support, par exemple son matériau, sa rugosité et/ou sa charge électrique.
De préférence, la structure de conversion est configurée pour convertir au moins 30 % de la puissance de l’onde de volume ultrasonore en onde de surface ultrasonore.
De préférence, la fréquence de l’onde de volume ultrasonore et/ou la fréquence de l’onde de surface ultrasonore est/sont comprise(s) entre 1 MHz et 1 GHz, de préférence entre 5 et 100 MHz, de préférence entre 8 et 45 MHz.
De préférence, le dispositif est configuré de sorte que la fréquence de l’onde de volume ultrasonore est égale à la fréquence de l’onde de surface ultrasonore.
La longueur d’onde λ v s de l’onde de volume ultrasonore dans le support est égale à , si l’onde de volume ultrasonore est longitudinale, ou égale à , si l’onde de volume ultrasonore est transverse, avec désignant la vitesse des ondes sonores longitudinales dans le support, étant la vitesse des ondes sonores transverses dans le support et étant la fréquence de l’onde de volume ultrasonore.
La longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore est égale à avec désignant la vitesse des ondes sonores de surface, également dénommées ondes de Rayleigh, dans le support et étant la fréquence de l’onde de surface ultrasonore.
De préférence, la structure de conversion comprend un réseau de motifs de conversion en surface du support, les motifs de conversion présentant chacun une forme générale allongée et étant espacés les uns des autres transversalement à leur axe longitudinal de manière sensiblement périodique.
Par « de manière sensiblement périodique », on entend qu’il existe une longueur p, appelée période p des motifs de conversion, de sorte que, pour chaque motif de conversion, la distance entre le plan médian longitudinal dudit motif de conversion et le plan médian longitudinal de chaque motif de conversion adjacent est comprise entre 0,9p et 1,10p, voire entre 0,95p et 1,05p. De préférence, pour chaque motif de conversion, la distance entre le plan médian longitudinal dudit motif de conversion et le plan médian longitudinal de chaque motif de conversion adjacent est égale à la période p.
La période p des motifs de conversion peut être comprise entre 0,8nλ s et 1,2nλ s , voire entre 0,95nλ s et 1,05nλ s , n étant un nombre entier positif et λ s étant la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore, de préférence n étant égal à 1, de préférence la période p des motifs de conversion étant sensiblement égale à un multiple de la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore, de préférence la période des motifs de conversion étant sensiblement égale à la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore. Avantageusement, cela permet d’augmenter le taux de conversion de l’onde de volume ultrasonore en l’onde de surface ultrasonore par phénomène de résonnance.
De préférence, les motifs de conversion sont rectilignes ou curvilignes, par exemple en arc de cercle.
De préférence, l’écart entre deux motifs de conversion adjacents est constant sur l’ensemble de leur longueur.
De préférence, la structure de conversion comprend entre 2 et 1000 motifs de conversion, voire entre 4 et 200 motifs, voire encore entre 10 et 50.
Selon une première variante, les motifs de conversion peuvent comprendre des rainures ménagées dans la deuxième face du support.
De préférence, le rapport de la profondeur des rainures sur la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore est compris entre 0,001 et 0,3, voire entre 0,05 et 0,1. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en limitant le piégeage de l’onde de surface ultrasonore dans la structure de conversion tout en présentant un taux élevé de conversion de l’onde de volume ultrasonore en l’onde de surface ultrasonore.
De préférence, les rainures sont remplies d’un matériau de remplissage ayant une impédance acoustique telle que le rapport de la différence absolue entre l’impédance acoustique du matériau de remplissage et l’impédance acoustique du support sur l’impédance acoustique du support est supérieur à 0,05, voire supérieur à 0,10, voire encore supérieur à 0,20. De préférence, le matériau de remplissage est une résine polymérique.
Les rainures peuvent présenter un profil, observé selon une coupe transversale du support, ayant une forme rectangulaire, sinusoïdale ou triangulaire.
Selon une deuxième variante, les motifs de conversion peuvent comprendre des cavités tubulaires fermées formées dans le support.
De préférence, les cavités tubulaires sont à une distance inférieure à λ s de la deuxième face du support, λ s étant la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en augmentant le taux de conversion de l’onde de volume ultrasonore en l’onde de surface ultrasonore et en favorisant les phénomènes de résonnance.
De préférence, le rapport du diamètre des cavités tubulaires sur la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore est compris entre 0,001 et 0,3, voire entre 0,05 et 0,1. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en limitant l’atténuation de l’onde de surface ultrasonore tout en présentant un taux élevé de conversion de l’onde de volume ultrasonore en l’onde de surface ultrasonore.
Les cavités tubulaires peuvent être remplies d’un matériau de remplissage ayant une impédance acoustique telle que le rapport de la différence absolue entre l’impédance acoustique du matériau de remplissage et l’impédance acoustique du support sur l’impédance acoustique du support est supérieur à 0,05, voire supérieure à 0,10, voire encore supérieure à 0,20. De préférence, le matériau de remplissage est une résine polymérique.
Les cavités tubulaires peuvent présenter une section, observée selon une coupe transversale du support, ayant une forme polygonale, notamment rectangulaire ou losangée, ellipsoïdale ou circulaire.
Selon une troisième variante, les motifs de conversion peuvent comprendre des nervures faisant saillie de la deuxième face du support. Les nervures peuvent être formées de la même matière que le substrat, par exemple être monolithiques avec le substrat, ou peuvent être formées par un dépôt de matière sur le substrat.
Les nervures peuvent être transparentes dans le domaine du visible, par exemple en verre, en polycarbonate, en quartz ou en saphir, et/ou transparent dans le domaine de l’infrarouge, par exemple en germanium, en silice ou en métal.
De préférence, le rapport de l’épaisseur des nervures sur la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore est compris entre 0,001 et 0,3, voire entre 0,05 et 0,1. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en limitant l’atténuation de l’onde de surface ultrasonore tout en présentant un taux élevé de conversion de l’onde de volume ultrasonore en l’onde de surface ultrasonore.
L’épaisseur des nervures correspond à la distance, mesurée selon un axe orthogonal à la deuxième face, entre la deuxième face et le point de la nervure le plus éloigné de la deuxième face.
Les nervures peuvent présenter un profil, observé selon une coupe transversale du support, ayant une forme rectangulaire, sinusoïdale ou triangulaire.
De préférence, l’épaisseur du substrat piézoélectrique est comprise entre 0,45mλ vp et 0,55mλ vp , m étant un nombre entier positif et λ vp étant le rapport de la vitesse du son dans le substrat piézoélectrique sur la fréquence de l’onde de volume ultrasonore dans le substrat piézoélectrique. La vitesse du son dans le substrat piézoélectrique est la vitesse de propagation des ondes sonores longitudinales ou transverses selon l’épaisseur dudit substrat piézoélectrique. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en favorisant les phénomènes de résonnance de l’onde de volume ultrasonore.
Le transducteur peut être collé sur le support. De préférence, le rapport de l’épaisseur de la couche de colle entre le transducteur et le support sur la longueur d’onde λ v s de l’onde de volume ultrasonore est inférieure à 0,1, voire inférieure à 0,01. Avantageusement, une faible épaisseur de couche de colle permet d’augmenter la transmission de l’onde de volume ultrasonore dans le support.
De préférence, la colle est élastique et/ou présente une température de fusion supérieure à 100°.
Alternativement, le transducteur peut être déposé sur le support par une méthode de dépôt de couche mince, de préférence par dépôt chimique en phase vapeur, de préférence encore par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
De préférence, le substrat piézoélectrique est en un titano-zirconate de plomb (PZT), par exemple en PZT-5H ou PZT-5A, en un niobate, par exemple en niobate de lithium, en oxyde de zinc ou en nitrure d’aluminium.
De préférence, l’épaisseur du support est comprise entre 0,45pλ v s et 0,55pλ v s , p étant un nombre entier positif et λ vs étant la longueur d’onde de l’onde de volume ultrasonore se propageant dans le support. Cela permet d’augmenter l’efficacité du dispositif électroacoustique en favorisant les phénomènes de résonnance de l’onde de volume ultrasonore.
De préférence, le support est transparent dans le domaine du visible, par exemple en verre, en polycarbonate, en quartz ou en saphir, et/ou transparent dans le domaine de l’ infrarouge, par exemple en germanium, en silice ou en métal.
Le support peut être de taille très variée. Notamment, le support peut présenter une longueur et/ou une largeur allant de 1 mm à 100 m.
De préférence, le dispositif comprend une structure de réflexion s’étendant au moins partiellement, de préférence entièrement, le long d’un côté de la structure de conversion, la structure de réflexion étant configurée pour réfléchir l’onde de surface ultrasonore.
De préférence, la structure de réflexion comprend au moins un sillon ménagé dans la deuxième face du support.
De préférence, le rapport de la profondeur du sillon sur la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore est compris entre 0,3 et 3.
De préférence, la largeur du sillon est supérieure à 500 nm.
De préférence, le sillon est rempli d’un matériau de remplissage ayant une impédance acoustique telle que le rapport de la différence absolue entre l’impédance acoustique du matériau de remplissage et l’impédance acoustique du support sur l’impédance acoustique du support est supérieur à 0,05, voire supérieure à 0,10, voire encore supérieure à 0,20. De préférence, le matériau de remplissage est une résine polymérique.
De préférence, le dispositif comprend un capteur de température configuré pour mesurer la température du support et/ou du transducteur et une unité de contrôle configurée pour contrôler la fréquence du signal électrique appliqué par le générateur électrique en fonction de la température mesurée. Avantageusement, cela permet d’adapter la fréquence du signal électrique en fonction des phénomènes de dilatation du support et/ou du transducteur et des phénomènes de modification des vitesses du son induite par les variations de température. La fréquence du signal électrique peut ainsi être choisie de sorte à favoriser les phénomènes de résonnance de l’onde de volume ultrasonore et/ou de l’onde de surface ultrasonore.
Le support peut être incliné par rapport à l’horizontal. Ainsi, la gravité participe également comme force externe pour déplacer les impuretés de sorte à les évacuer hors de la deuxième face du support.
Le dispositif peut comprendre au moins deux transducteurs et au moins deux structures de conversion chacune en vis-à-vis d’un des transducteur correspondant, un des transducteurs étant disposé à proximité d’un premier bord latéral du support et un autre des transducteurs étant disposé à proximité d’un deuxième bord latéral du support, notamment opposé au premier bord latéral. De préférence, le support est incliné par rapport à l’horizontal et le premier bord latéral est agencé plus haut que le deuxième bord latéral.
Le dispositif peut comprendre au moins un premier transducteur avec une première structure de conversion en vis-à-vis du premier transducteur, et, au moins un deuxième transducteur avec une deuxième structure de conversion en vis-à-vis du deuxième transducteur, le premier transducteur étant configuré pour émettre un signal de détection sous la forme d’une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support jusqu’à la première structure de conversion qui convertit le signal de détection en une onde de surface ultrasonore se propageant dans la deuxième face jusqu’à la deuxième structure de conversion qui convertit le signal de détection en une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support jusqu’au deuxième transducteur, le dispositif comprenant une unité de détection pour mesurer le signal de détection reçu par le deuxième transducteur et déterminer, à partir de cette mesure, la présence d’impuretés liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face du support.
Le dispositif peut comprendre une pluralité de transducteurs et une pluralité de structures de conversion chacune en vis-à-vis d’un des transducteur correspondant, les transducteurs étant disposés de sorte à former au moins une rangée de transducteurs.
De préférence, le dispositif comprend un dissipateur thermique agencé du côté de la première face du support et étant en contact thermique avec le transducteur et/ou avec le support.
De préférence, le dispositif comprend une couche isolante acoustiquement recouvrant la face du transducteur opposée au support, la couche isolante acoustiquement présentant une épaisseur supérieure à 100 nm, voire 500 nm.
Par isolante acoustiquement on entend un rapport d’impédance acoustique de la couche isolante sur l’impédance acoustique du substrat piézoélectrique inférieure à 0,001 voire 0,0001.
La couche isolante acoustiquement peut être un gaz, une structure poreuse ou un aérogel.
De préférence, le support est choisi parmi le groupe formé par :
- une vitre de protection d’un panneau photovoltaïque,
- une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur, un élément de carrosserie
- une visière d’un casque,
- une vitre d’un bâtiment,
- une surface d’un dispositif optique, par exemple choisi parmi une caméra, un objectif de caméra, un lidar, un périscope, un verre d’une lunette de vue ou d’un viseur, un capteur, notamment une sonde, et un dispositif d’imagerie médical, par exemple un endoscope,
- un élément de protection d’un tel dispositif optique,
- une surface d’un véhicule aéronautique, par exemple une aile d’avion, une sonde de Pitot, une vitre de cockpit, une verrière d’aéronef.
La présente invention a également pour objet un panneau photovoltaïque comportant un dispositif électroacoustique selon la présente invention, le support formant la vitre de protection du panneau photovoltaïque, la deuxième face du support étant une face externe du panneau photovoltaïque.
De préférence, le panneau photovoltaïque comprend une couche de résine agencée entre la vitre de protection et les cellules photovoltaïques du panneau photovoltaïque.
De préférence, le ou les transducteurs du dispositif électroacoustique sont distants de la couche de résine d’une longueur supérieure à 100 nm, voire supérieure à 500 nm.
L’invention concerne également un procédé, mettant en œuvre le dispositif selon la présente invention ou le panneau photovoltaïque selon la présente invention, pour nettoyer la deuxième face du support, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) génération par le transducteur d’une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support jusqu’à la deuxième face du support,
b) conversion par la structure de conversion de l’onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore se propageant dans la deuxième face,
c) déplacement et/ou changement de phase induit par l’onde de surface ultrasonore des impuretés liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face
De préférence, le support est incliné par rapport à l’horizontal. De préférence encore, le support comprend un premier bord latéral et un deuxième bord latéral, le premier bord latéral étant agencé plus haut que le deuxième bord latéral, le dispositif comprenant au moins deux transducteurs et au moins deux structures de conversion chacune en vis-à-vis d’un des transducteur correspondant, un des transducteurs étant disposé à proximité du premier bord latéral du support et étant utilisé pour déplacer et/ou changer la phase des impuretés liquides, un autre des transducteurs étant disposé à proximité du deuxième bord latéral du support et étant utilisé pour déplacer et/ou changer la phase des impuretés solides.
L’invention concerne également l’utilisation du dispositif selon la présente invention pour détecter des impuretés liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face, le dispositif comprenant au moins un premier transducteur avec une première structure de conversion en vis-à-vis du premier transducteur, et, au moins un deuxième transducteur avec une deuxième structure de conversion en vis-à-vis du deuxième transducteur, l’utilisation comprenant les étapes successives suivantes :
a) génération par le premier transducteur d’un signal de détection sous la forme d’une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support jusqu’à la deuxième face du support,
b) conversion par la première structure de conversion de la forme du signal de détection en une onde de surface ultrasonore se propageant dans la deuxième face,
c) conversion par la deuxième structure de conversion de la forme du signal de détection en une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support,
d) réception du signal de détection par le deuxième transducteur,
e) détermination de la présence d’impuretés liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face du support et/ou de la présence d’un contact tactile sur la deuxième face du support et/ou de la présence d’un défaut de surface sur la deuxième face du support.
Lorsque des impuretés liquides et/ou solides reposent sur la deuxième face du support, elles perturbent le signal de détection. La détermination de la présence des impuretés liquides et/ou solides peut alors être réalisée en analysant les perturbations du signal de détection.
De même, la présence d’un contact tactile sur la deuxième face du support ou la présence d’un défaut de surface sur la deuxième face du support perturbe le signal de détection. Il est ainsi possible de déterminer cette présence en analysant les perturbations du signal de détection.
Le défaut de surface peut être un impact, une fissure ou une fêlure.
De préférence, l’utilisation comprend ultérieurement le procédé selon la présente invention, lorsque des impuretés liquides et/ou solides sont détectées.
Si un contact tactile ou un défaut de surface est détecté, il est préférable de ne pas effectuer le procédé de nettoyage selon la présente invention.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes :
la représente de manière schématique, selon une vue en coupe transversale, un dispositif électroacoustique selon la présente invention, les motifs de conversion dudit dispositif étant des rainures gravées dans le support ;
la représente de manière schématique, en coupe transversale, un dispositif électroacoustique selon la présente invention, les motifs de conversion du dispositif étant des rainures gravées dans le support et remplies d’un matériau de remplissage ;
la représente de manière schématique, selon une vue en coupe transversale, un dispositif électroacoustique selon la présente invention, les motifs de conversion dudit dispositif étant des cavités tubulaires fermées formées dans le support ;
la représente de manière schématique, selon une vue en coupe transversale, un dispositif électroacoustique selon la présente invention, les motifs de conversion dudit dispositif étant des nervures faisant saillie de la deuxième face du support ;
la représente de manière schématique, selon une vue en coupe transversale, un dispositif électroacoustique selon la présente invention, comprenant une structure de réflexion ;
la représente de manière schématique, selon une vue en coupe transversale, un panneau photovoltaïque comprenant un dispositif électroacoustique selon la présente invention ;
et les figures 7A et 7B sont des photographies illustrant le nettoyage d’un support recouvert de gouttelettes par un dispositif électroacoustique selon la présente invention ;
et les figures 8A et 8B sont des photographies illustrant le nettoyage d’un support recouvert d’un film d’eau résultant d’un brouillard par un dispositif électroacoustique selon la présente invention ;
et les figures 9A et 9B sont des photographies illustrant le nettoyage d’un support recouvert de grains de sable par un dispositif électroacoustique selon la présente invention.
 Description détaillée
Pour des raisons de clarté, les différents éléments des figures sont représentés en échelle libre, les dimensions réelles des différentes parties n’étant pas nécessairement respectées.
On a illustré à la un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le dispositif 1 comprend un support 2 présentant une première face 3 et une deuxième face 4 opposée à la première face 3. Le support 2 est apte à propager une onde de volume ultrasonore et une onde de surface ultrasonore.
Le dispositif 1 comprend également un transducteur 5 fixé sur la première face 3. Le transducteur 5 comprend un substrat piézoélectrique 6 et des électrodes 7 prenant en sandwich le substrat piézoélectrique 6 en étant en contact électrique avec ce dernier. Une des électrodes 7 est agencée entre la première face 3 et le substrat piézoélectrique 6. L’autre des électrodes 7 est agencée sur le substrat piézoélectrique 6 du côté opposé au support 2.
Dans le mode de réalisation illustré à la , le dispositif 1 comprend une couche de colle 8 pour coller le transducteur 5 directement sur la première face 3. La couche de colle 8 est en contact d’une part avec le support 2 et d’autre part avec une des électrodes 7. Alternativement, le transducteur 5 peut être fixé sur la première face 3 par une méthode de dépôt de couche mince, comprenant une étape de dépôt de l’une des électrodes 7 sur le support 2 suivie d’une étape de dépôt du substrat piézoélectrique 6 sur ladite électrode 7 puis une étape de dépôt de l’autre des électrodes 7 sur le substrat piézoélectrique 6. Les dépôts des électrodes 7 et/ou du substrat piézoélectrique 6 peuvent être réalisés par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma
Le dispositif 1 comprend également une structure de conversion 9 arrangée sur la deuxième face 4 du support 2 en vis-à-vis du transducteur 5. Dans le mode de réalisation illustré à la , la structure de conversion 9 est gravée dans le support 2, par exemple par gravure laser, notamment par laser femtoseconde, ou par gravure chimique, notamment gravure chimique par vapeur HF. En particulier, la structure de conversion 9 comprend un réseau périodique de rainures 10 ménagées dans la deuxième face 4 du support 2, les rainures 10 formant des motifs de conversion dudit réseau périodique.
Les rainures 10 sont parallèles entre elles et sont espacées périodiquement les unes des autres. Les rainures 10 peuvent être rectilignes ou curvilignes.
Un générateur électrique 11 est relié aux électrodes 7 du transducteur 5. Le générateur électrique 11 est configuré pour appliquer un signal électrique aux électrodes 7 de sorte que le transducteur 5 génère une onde de volume ultrasonore Sv qui se propage dans le support 2. Notamment, la mise sous tension électrique alternative des électrodes 7 induit une réponse mécanique du substrat piézoélectrique 6, qui résulte en la génération de l’onde de volume ultrasonore Sv.
L’onde de volume ultrasonore Sv se propage dans le support 2 jusqu’à atteindre la structure de conversion 9. La structure de conversion 9 converti ensuite l’onde de volume ultrasonore Sv en une onde de surface ultrasonore Ss se propageant dans la deuxième face 4 du support 2. L’onde de surface ultrasonore Ss est notamment une onde de Rayleigh.
Lorsque des impuretés P liquides et/ou solides sont disposées sur la deuxième face 4 du support 2, l’onde de surface ultrasonore Ss est transmise jusqu’auxdites impuretés P et induit un déplacement et/ou un changement de phase desdites impuretés P.
La puissance de l’onde de surface ultrasonore Ss peut être adaptée en modifiant du signal électrique appliqué par le générateur électrique 11 aux électrodes 7, notamment en modifiant l’amplitude et/ou la fréquence du signal électrique. Il est ainsi possible d’adapter la puissance de l’onde de surface ultrasonore Ss en fonction des impuretés P à nettoyer.
Le déplacement des impuretés P peut s’opérer selon un ou plusieurs axes contenus dans la deuxième face 4. Notamment, l’onde de surface ultrasonore Ss peut induire le déplacement des impuretés P selon la direction de propagation de ladite onde de surface ultrasonore Ss en l’absence de force externe. Le sens de déplacement des impuretés P peut être différent en fonction de la nature desdites impuretés P. En particulier, les impuretés P solides peuvent se déplacer vers la structure de conversion 9 et les impuretés P liquides peuvent s’éloigner de la structure de conversion 9. Dans une variante où au moins une force externe est appliquée sur les impuretés P, lesdites impuretés P peuvent se déplacer selon une direction égale à la somme des vecteurs de force s’appliquant sur lesdites impuretés P dont la force acoustique induite par l’onde de surface ultrasonore Ss. Par « force externe », on entend toute force différente de la force acoustique induite par l’onde de surface ultrasonore Ss. Le poids de chaque impureté P ou une force aérodynamique induite par l’écoulement d’un fluide sur chaque impureté P sont des exemples de force externe.
Le déplacement d’une impureté P liquide peut notamment résulter d’effets acoustiques non linéaires de streaming acoustique et/ou de pression de radiation induits par l’onde de surface ultrasonore Ss. Le déplacement d’une impureté P solide peut notamment résulter d’effets acoustiques non linéaires de contact de Hertz induits par l’onde de surface ultrasonore Ss.
L’onde de surface ultrasonore Ss peut induire un change de phase des impuretés P. Notamment, une partie de l’énergie de l’onde de surface ultrasonore Ss est transférée aux impuretés P ce qui provoque leur échauffement. L’énergie transférée par l’onde de surface ultrasonore Ss peut être telle qu’elle chauffe les impuretés P au-delà de leur température de fusion ou d’ébullition, induisant alors la fusion des impuretés P solides et/ou la vaporisation des impuretés P liquides.
Le dispositif électroacoustique 1 comprend également un capteur thermique 12 relié au support 2 pour en mesurer la température. Le capteur thermique 12 est connecté à une unité de contrôle 13 qui contrôle les propriétés du signal électrique appliqué par le générateur électrique 11 aux électrodes 7. L’unité de contrôle 13 peut notamment adapter la fréquence du signal électrique en fonction de la température mesurée par le capteur thermique 12 de sorte à prendre en considération les phénomènes de dilatation qui influent sur la résonance globale du dispositif électroacoustique 1.
Par ailleurs, le dispositif électroacoustique 1 comprend un dissipateur thermique 14 agencé en contact thermique avec le transducteur 5. Le dissipateur thermique 14 permet de limiter l’échauffement du transducteur 5.
On a illustré à la un autre mode de réalisation d’un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le dispositif électroacoustique 1 de la diffère de celui de la en ce que les rainures 10 sont remplies d’un matériau de remplissage 15 ayant une impédance acoustique telle que le rapport de la différence absolue entre l’impédance acoustique du matériau de remplissage 15 et l’impédance acoustique du support 2 sur l’impédance acoustique du support 2 est au moins supérieur à 0,05. Avantageusement, le remplissage des rainures 10 par le matériau de remplissage 15 évite que des impuretés viennent se loger dans les rainures 10, améliorant ainsi leur évacuation hors de la deuxième face 4. En outre, le coefficient d’absorption du matériau de remplissage 15 est telle que ce dernier absorbe peu voire pas l’onde de surface ultrasonore Ss.
De préférence, les rainures 10 sont entièrement remplies du matériau de remplissage 15. Avantageusement, la structure de conversion 9 présente ainsi une surface lisse avec le support 2.
On a illustré à la un autre mode de réalisation d’un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le dispositif électroacoustique 1 de la diffère de celui de la en ce que les motifs de conversion de la structure de conversion 9 ne sont plus des rainures 10 mais des cavités tubulaires 16 fermées formées dans le support 2. Les cavités tubulaires 16 peuvent être remplies du matériau de remplissage 15. Les cavités tubulaires 16 sont parallèles entre elles et sont espacées périodiquement les unes des autres. Les cavités tubulaires 16 peuvent être rectilignes ou curvilignes.
On a illustré à la un autre mode de réalisation d’un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le dispositif électroacoustique 1 de la diffère de celui de la en ce que les motifs de conversion de la structure de conversion 9 ne sont plus des rainures 10 mais des nervures 17 faisant saillie de la deuxième face 4 du support 2. Les nervures 17 sont parallèles entre elles et sont espacées périodiquement les unes des autres. Les nervures 17 peuvent être rectilignes ou curvilignes.
On a illustré à la un autre mode de réalisation d’un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le dispositif électroacoustique 1 de la diffère de celui de la en ce qu’il comprend également une structure de réflexion 18 s’étendant le long de la structure de conversion 9. Notamment, la structure de réflexion 18 comprend un sillon 19 ménagé dans la deuxième face 4 du support 2.
Le sillon 19 peut s’étendre parallèlement aux motifs de conversion de la structure de conversion 9. Le sillon 19 présente une largeur supérieure au déplacement acoustique de l’onde de surface ultrasonore Ss.
Tout comme les rainures 10, le sillon 19 peut être rempli du matériau de remplissage 15 afin d’éviter que des impuretés viennent se loger dans le sillon 19.
La structure de réflexion 18 permet d’empêcher que l’onde de surface ultrasonore Ss se propage dans deux sens. Notamment, la structure de réflexion 18 agit comme un miroir et reflète l’onde de surface ultrasonore Ss de sorte qu’elle ne se propage dans la deuxième face 4 du support 2 que dans un seul sens. Ainsi, la structure de réflexion 18 concentre l’ensemble de la puissance de l’onde de surface ultrasonore Ss dans un seul sens.
De manière alternative, il est envisageable que la structure de conversion 9 soit configurée pour convertir l’onde de volume ultrasonore Sv en une onde de surface ultrasonore Ss unidirectionnel.
On a illustré à la un panneau photovoltaïque 20 comprenant un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. Le support 2 du dispositif électroacoustique 1 forme la vitre de protection du panneau photovoltaïque 20.
Le dispositif électroacoustique 1 comprend une première rangée 21 de transducteurs 5 agencée sur la première face 3 à proximité d’un premier bord latéral 22 du support 2, et, une deuxième rangée 23 de transducteurs 5 agencée sur la première face 3 à proximité d’un deuxième bord latéral 24 du support 2, opposé au premier bord latéral 22. Le dispositif électroacoustique 1 comprend également des structures de conversion 9 arrangée sur la deuxième face 4 du support en vis-à-vis de chacun des transducteurs 5. Le dispositif électroacoustique 1 permet de nettoyer la vitre de protection 2 comme expliqué précédemment.
Le panneau photovoltaïque 20 comprend également des cellules photovoltaïques 25 et une couche de résine 26 agencée entre la vitre de protection 2 et les cellules photovoltaïque 25. Le panneau photovoltaïque 20 présente un espace 27 entre les transducteurs 5 du dispositif électroacoustique 1 et la couche de résine 26. Cet espace 27 permet d’empêcher que les transducteur 5 transmettent de la chaleur à la couche de résine 26. Cet espace 27 forme également une couche isolante acoustiquement qui recouvre les transducteurs 5, ce qui évite qu’une onde ultrasonore soit transmise à la couche de résine 26.
Le dispositif électroacoustique 1, la couche de résine 26 et les cellules photovoltaïques 25 sont maintenus ensemble par une structure de maintien 28. La structure de maintien 28 garanti également que les transducteurs 5, la couche de résine 26 et les cellules photovoltaïques 25 ne sont pas exposés au milieu extérieur.
Les inventeurs ont réalisé des tests de leur dispositif électroacoustique 1. Pour cela, ils ont fabriqué un dispositif électroacoustique 1 selon la présente invention. La structure de conversion comprenait des rainures 10 avec un profil de forme rectangulaire, une période p égale à la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore Ss, ici égale à 158 µm, une largeur égale à la moitié de la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore Ss, soit 79 µm, et une profondeur égale à 22 µm. Deux transducteurs 5 ont été collés sur la première face 3 du support 2 en vis-à-vis des rainures 10. Les substrats piézoélectriques 6 des transducteurs 5 étaient en PZT-5H. La fréquence de l’onde de surface ultrasonore Ss était comprise entre 9 MHz et 11 MHz.
Les inventeurs ont mis en œuvre le dispositif électroacoustique 1 dans des procédés selon la présente invention, pour nettoyer différentes sortes d’impuretés reposant sur la deuxième face 4 du support 2.
On a illustré aux figures 7A et 7B le nettoyage réalisé par le procédé selon la présente invention pour des gouttelettes P d’eau salée. Comme cela est visible sur la , on observe le déplacement des gouttelettes P d’eau salée qui s’éloignent des structures de conversion 9 et finissent pas être évacuer hors du support 2. En outre, le nettoyage des gouttelettes P n’a pas laissé de trace de sel sur la deuxième face 4 du support 2.
On a illustré aux figures 8A et 8B le nettoyage réalisé par le procédé selon la présente invention pour un film P d’eau résultant d’un brouillard. Comme cela est visible sur la , on observe l’évacuation de l’eau du film P dans la partie 29 en face des structures de conversion 9, c’est-à-dire la partie 29 de la deuxième face 4 dans laquelle se propage l’onde de surface ultrasonore Ss.
On a illustré aux figures 9A et 9B le nettoyage réalisé par le procédé selon la présente invention pour des grains de sable P. Comme cela est visible sur la , on observe le déplacement des grains de sable P qui se rapprochent des structures de conversion 9.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications ci-après.

Claims (18)

  1. Dispositif électroacoustique (1) comportant :
    - un support (2),
    - au moins un transducteur (5) comportant un substrat piézoélectrique (6) et des électrodes (7) en contact électrique de part et d’autre du substrat piézoélectrique, le transducteur étant fixé sur une première face (3) du support en étant couplé acoustiquement avec le support,
    - un générateur électrique (11) relié aux électrodes du transducteur pour appliquer un signal électrique aux électrodes du transducteur de sorte à générer une onde de volume ultrasonore (Sv) se propageant dans le support,
    - au moins une structure de conversion (9) arrangée en surface du support, du côté d’une deuxième face (4) du support opposée à la première face, la structure conversion étant en vis-à-vis du transducteur et étant configurée pour convertir l’onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore (Ss) se propageant dans la deuxième face du support afin de déplacer et/ou engendrer un changement de phase des impuretés (P) liquides et/ou solides reposant sur ladite deuxième face.
  2. Dispositif selon la revendication 1, la fréquence de l’onde de volume ultrasonore et/ou la fréquence de l’onde de surface ultrasonore étant comprise entre 1 MHz et 1 GHz, de préférence entre 5 et 100 MHz, de préférence entre 8 et 45 MHz.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, la structure de conversion comprenant un réseau de motifs de conversion (10, 16, 17) en surface du support, les motifs de conversion présentant une forme générale allongée et étant espacés les uns des autres transversalement à leur axe longitudinal de manière sensiblement périodique.
  4. Dispositif selon la revendication 3, la période p des motifs de conversion étant comprise entre 0,8nλ s et 1,2nλ s , voire entre 0,95nλ s et 1,05nλ s , n étant un nombre entier positif et λ s étant la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore, de préférence n étant égal à 1, de préférence la période des motifs de conversion étant sensiblement égale à un multiple de la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore, de préférence la période des motifs de conversion étant sensiblement égale à la longueur d’onde λ s de l’onde de surface ultrasonore.
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, les motifs de conversion comportant des rainures (10) ménagées dans la deuxième face du support.
  6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, les motifs de conversion comportant des cavités tubulaires fermées (16) formées dans le support.
  7. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, les motifs de conversion comportant des nervures (17) faisant saillie de la deuxième face du support.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat piézoélectrique étant en un titano-zirconate de plomb (PZT), par exemple en PZT-5H ou PZT-5A, en un niobate, par exemple en niobate de lithium, en oxyde de zinc ou en nitrure d’aluminium.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant transparent dans le domaine du visible, par exemple en verre, en polycarbonate en quartz ou en saphir, et/ou transparent dans le domaine de l’ infrarouge, par exemple en germanium, en silice ou en métal.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une structure de réflexion (18) s’étendant au moins partiellement, de préférence entièrement, le long d’un côté de la structure de conversion, la structure de réflexion étant configurée pour réfléchir l’onde de surface ultrasonore.
  11. Dispositif selon la revendication 10, la structure de réflexion comprenant au moins un sillon (19) ménagé dans la deuxième face du support.
  12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un capteur de température (12) configuré pour mesurer la température du support et/ou du transducteur et une unité de contrôle (13) configurée pour contrôler la fréquence du signal électrique appliqué par le générateur électrique en fonction de la température mesurée.
  13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dissipateur thermique (14) agencé du côté de la première face du support et étant en contact thermique avec le transducteur et/ou le support.
  14. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant une couche isolante acoustiquement (27) recouvrant la face du transducteur opposée au support, la couche isolante acoustiquement présentant une épaisseur supérieure à 100 nm, voire 500 nm.
  15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support étant choisi parmi le groupe formé par :
    - une vitre de protection d’un panneau photovoltaïque,
    - une surface automobile, par exemple choisie parmi un pare-brise d’un véhicule, un vitrage d’un rétroviseur, un élément de carrosserie
    - une visière d’un casque,
    - une vitre d’un bâtiment,
    - une surface d’un dispositif optique, par exemple choisi parmi une caméra, un objectif d’une caméra, un lidar, un périscope, un verre d’une lunette de vue ou d’un viseur, un capteur, notamment une sonde, et un dispositif d’imagerie médical, par exemple un endoscope,
    - une surface d’un véhicule aéronautique, par exemple une aile d’avion, une sonde de Pitot, une vitre de cockpit, une verrière d’aéronef.
  16. Panneau photovoltaïque (20) comportant un dispositif électroacoustique selon la revendication précédente, le support formant la vitre de protection du panneau photovoltaïque, la deuxième face du support étant une face externe du panneau photovoltaïque.
  17. Procédé mettant en œuvre le dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15 ou le panneau photovoltaïque (20) selon la revendication précédente, pour nettoyer la deuxième face (4) du support (2), le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
    a) génération par le transducteur (5) d’une onde de volume ultrasonore (Sv) se propageant dans le support jusqu’à la deuxième face du support,
    b) conversion par la structure de conversion (9) de l’onde de volume ultrasonore en une onde de surface ultrasonore (Ss) se propageant dans la deuxième face,
    c) déplacement et/ou changement de phase induit par l’onde de surface ultrasonore des impuretés (P) liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face.
  18. Utilisation du dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15 pour détecter des impuretés (P) liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face (4), le dispositif comprenant au moins un premier transducteur (5) avec une première structure de conversion (9) en vis-à-vis du premier transducteur, et, au moins un deuxième transducteur (5) avec une deuxième structure de conversion (9) en vis-à-vis du deuxième transducteur, l’utilisation comprenant les étapes successives suivantes :
    a) génération par le premier transducteur d’un signal de détection sous la forme d’une onde de volume ultrasonore (Sv) se propageant dans le support jusqu’à la deuxième face du support (2),
    b) conversion par la première structure de conversion de la forme du signal de détection en une onde de surface ultrasonore (Ss) se propageant dans la deuxième face,
    c) conversion par la deuxième structure de conversion de la forme du signal de détection en une onde de volume ultrasonore se propageant dans le support,
    d) réception du signal de détection par le deuxième transducteur,
    e) détermination de la présence d’impuretés liquides et/ou solides reposant sur la deuxième face du support et/ou de la présence d’un contact tactile sur la deuxième face du support et/ou de la présence d’un défaut de surface sur la deuxième face du support.

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